一种应力式水位监测装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种应力式水位监测装置及其测量方法，其包括设置于地面上的安装架，安装架上设置有安装平台，安装平台上设置有监测分析模块、通信模块和水位测量模块；通信模块和水位测量模块均与监测分析模块电性连接；水位测量模块包括设置在安装平台上的第一应力计，第一应力计的上表面设置有第一圆柱弹簧，第一圆柱弹簧的顶部设置有第一承载板，第一应力计与监测分析模块电性连接；第一承载板的下方设置有感应管，感应管实时感应水位变化。本方案的地下水位监测装置可解决地下水密度变化情况下，地下水位实时、高精度测量的问题。高精度测量的问题。高精度测量的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种应力式水位监测装置及其测量方法


[0001]本专利技术涉及水位监测
，特别涉及一种应力式水位监测装置及其测量方法。

技术介绍

[0002]地下水监测是水利、环境、地质、交通、农业等部门的一项基础工作。进行地下水水位、水质和水温等要素的监测工作，在水资源的管理、保护、利用等方面发挥着重要的作用，对我国经济发展、人民生活都具有重要意义。另外，对滑坡等地质灾害进行地下水位监测，还能进一步了解滑坡等地质灾害的稳定性影响因素，进一步判断滑坡等地质灾害的变形趋势，更好地确保人民群众生命财产安全。
[0003]不同地区的地下水的密度不同，且强降雨可能使水体浑浊，地下水的密度会改变，另外水体矿化程度变化时，均可能造成地下水密度的变化，即在实际的地下水位监测过程中，地下水体的密度是随时在发生改变的，而现有技术中应用较广的压力式水位计和浮子式水位计，在对地下水的高度进行测量时，存在以下问题：
[0004]1、现有技术中的压力式水位计测量地下水位时，忽略了地下水密度的变化，进而造成地下水位测量结果和精度与实际的地下水位偏差较大，测量的结果不能满足高精度或者准确测量的要求。
[0005]2、传统的压力式水位计的需要将压敏传感器设置在地下水底部，容易导致水位监测装置中电气元件进水损坏，且在对整个水位监测装置进行安装和维护时，需要将水位监测装置提升至水面上，导致安装和维护极为不便，降低了安装和维护的效率。另外土体坍塌或者泥沙沉淀，造成传统压力式水位计易被填埋，从而影响测量结果的准确性，甚至造成仪器不能正常使用。
[0006]3、浮子式水位计，在使用过程中，易出现卡线等情况，安装和维护都存在许多不便之处。
[0007]4、申请号为2021105469858的专利申请文件，测量装置中的空心管、配重体和参考体易受泥沙、树叶等杂物的影响，而引起装置在测量中的淤塞、卡固，进而引起测量失效或测量误差。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种应力式水位监测装置及其测量方法，解决了现有技术中压力式水位计和浮子式水位计，测量结果和精度较差，且不方便安装和维护、维修的问题。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]提供一种应力式水位监测装置，其包括设置于地表上的安装架，安装架上设置有安装平台，安装平台上设置有监测分析模块、通信模块和水位测量模块；通信模块和水位测量模块均与监测分析模块电性连接；
[0011]水位测量模块包括设置在安装平台上的第一应力计，第一应力计的上表面设置有第一圆柱弹簧，第一圆柱弹簧的顶部设置有第一承载板，第一承载板的下表面与第一圆柱弹簧的顶部接触；第一应力计与监测分析模块电性连接；
[0012]第一承载板的下方设置有感应管，感应管顶部通过第一钢丝绳与第一承载板下表面固定连接。
[0013]进一步地，第一应力计中部开孔，第一钢丝绳的上端与第一承载板下表面固定连接，第一钢丝绳的下端穿过第一应力计中部开孔与感应管顶部连接。
[0014]进一步地，感应管为圆柱形，其密度大于地下水密度；
[0015]进一步地，为了使得感应管的长度方便调节，以适配不同的测量环境，感应管包括多段呈中空密封结构的管体，每段管体的顶部设置有螺纹槽，底部凸出设置有螺纹端，管体的上表面与螺纹端端面之间的距离为0.5m～3m，相邻的两段管体通过螺纹槽和螺纹端配合的方式连接。
[0016]进一步地，安装平台上还设置有地下水密度实时测量模块，地下水密度实时测量模块包括设置在安装平台上的第二应力计，第二应力计的中部开孔，第二应力计的上表面设置有第二圆柱弹簧，第二圆柱弹簧的顶部设置有第二承载板，第二承载板的下表面与第二圆柱弹簧的上表面固定连接；第二应力计与监测分析模块电性连接；第二承载板的下方设置有参考体，参考体通过第二钢丝绳与第二承载板的下表面固定连接，参考体设置于被监测点常年最低水位线之下；第二应力计与监测分析模块电性连接。
[0017]进一步地，第一应力计和第二应力计均为数显电子应力计。
[0018]进一步地，参考体的密度大于地下水密度。
[0019]本方案还提供一种应力式水位监测装置的测量方法，其包括如下步骤：
[0020]步骤1：安装应力式水位监测装置，感应管顶部设置于地下水常年最高水位线之上，感应管底部设置于地下水常年最低水位线之下，参考体设置于常年最低水位线之下，记录地下水位初始高程H0和地下水的初始密度ρ；
[0021]步骤2：记录第一应力计和第二应力计的初始读数；
[0022]步骤3：当地下水位高度和地下水密度发生变化时，根据第二应力计的读数的变化，得到地下水位高度和地下水密度变化后的当前地下水密度；读取此时第一应力计的当前读数；
[0023]步骤4：根据步骤3中得到的当前地下水密以及第一应力计的当前读数，计算地下水位高度和地下水密度变化后的当前地下水位高程H；
[0024]步骤5：将步骤4中得到的变化后的当前地下水位高程通过通讯模块向远程监测系统或监测终端传输数据；
[0025]步骤6：重复步骤3～5，对地下水位高程H进行实时监测。
[0026]进一步地，步骤3中得到当前地下水密度的具体计算方法为：
[0027]设应力式水位监测装置安装时，地下水的初始密度为ρ，第二应力计对应的初始读数为F2；水位变化至H时，地下水当前密度为ρ＇，第二应力计对应的当前读数为F2＇；参考体的体积为V＇，则：
[0028]F2‑
F2＇＝(ρ＇
‑
ρ)gV＇
ꢀꢀ
1)
[0029]由1)式推导出ρ＇＝(F2‑
F2＇)/(gV＇)+ρ
ꢀꢀ
2)
[0030]在公式2)中，参考体的体积V＇，重力加速度g，地下水的初始密度ρ均为已知，则可以利用公式2)，由第二应力计的读数实时求得任一时刻地下水的密度ρ＇。
[0031]进一步地，步骤4中变化后的地下水位高程H的具体计算方法为：
[0032]设应力式水位监测装置安装时，地下水位的初始高程为H0，第一应力计的初始读数为F1，地下水的初始密度为ρ；感应管的横截面积为S，第一圆柱弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g；当地下水位的高程变化至H时，地下水的密度为ρ＇，第一应力计的读数为F1＇，则：
[0033]F1‑
F1＇＝ρ＇
·
gS
·
Δh
ꢀꢀ
3)；
[0034]F1‑
F1＇＝k
·
ΔX
ꢀꢀ
4)；
[0035]联立3)式和4)式可得：
[0036]Δh＝(F1‑
F1＇)/(ρ＇
·
gS)
ꢀꢀ
5)；
[0037]ΔX＝(F1‑
F1＇)/k
ꢀꢀ
6)；
[0038]从而：
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应力式水位监测装置，其特征在于，包括设置于地表上的安装架(1)，所述安装架(1)上设置有安装平台(2)，所述安装平台(2)上设置有监测分析模块(3)、通信模块(4)和水位测量模块；所述通信模块(4)和水位测量模块均与所述监测分析模块(3)电性连接；水位测量模块包括设置在安装平台(2)上的第一应力计(5)，所述第一应力计(5)的上表面设置有第一圆柱弹簧(6)，第一圆柱弹簧(6)的顶部设置有第一承载板(7)，所述第一承载板(7)的下表面与第一圆柱弹簧(6)的顶部固定连接；第一应力计(5)与监测分析模块(3)电性连接；第一承载板(7)的下方设置有感应管(8)，感应管(8)顶部通过第一钢丝绳(9)与第一承载板(7)下表面固定连接。2.根据权利要求1所述的应力式水位监测装置，其特征在于，所述第一应力计(5)中部开孔，所述第一钢丝绳(9)的上端与所述第一承载板(7)下表面固定连接，第一钢丝绳(9)的下端穿过第一应力计(5)中部开孔与感应管(8)顶部固定连接。3.根据权利要求1所述的应力式水位监测装置，其特征在于，所述感应管(8)为圆柱形，其密度大于地下水密度。4.根据权利要求1所述的应力式水位监测装置，其特征在于，所述安装平台(2)上还设置有地下水密度实时测量模块，地下水密度实时测量模块包括设置在安装平台(2)上的第二应力计(10)，所述第二应力计(10)的中部开孔，所述第二应力计(10)的上表面设置有第二圆柱弹簧(11)，所述第二圆柱弹簧(11)的顶部设置有第二承载板(12)，所述第二承载板(12)的下表面与第二圆柱弹簧(11)的上端固定连接；第二应力计(10)与监测分析模块(3)电性连接；第二承载板(12)的下方设置有参考体(13)，所述参考体(13)通过第二钢丝绳(14)与第二承载板(12)的下表面固定连接；第二应力计(10)与监测分析模块(3)电性连接。5.根据权利要求4所述的应力式水位监测装置，其特征在于，所述第一应力计(5)和第二应力计(10)均为数显电子应力计。6.根据权利要求4所述的应力式水位监测装置，其特征在于，所述参考体(13)的密度大于地下水密度。7.根据权利要求1～6任一所述的一种应力式水位监测装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：安装应力式水位监测装置，感应管(8)顶部设置于地下水常年最高水位线之上，感应管(8)底部设置于地下水常年最低水位线之下，参考体(13)设置于常年最低水位线之下，记录地下水位初始高程H0和地下水的初始密度ρ；步骤2：记录第一应力计(5)和第二应力计(10)的初始读数；步骤3：当地下水位高度和地下水密度发生变化时，根据第二应力计(10)的读数的变化，得到地下水位高度和地下水密度变...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭淋耘，方欢，秦文波，陈坤，郭兵，黄飞，
申请(专利权)人：重庆市地质灾害防治中心，
类型：发明
国别省市：